安徽工程大学机电学院毕业设计（论文）

7.5.3色氨酸提取过程控制[13] a.板框过滤

板框过滤机有四个输入管道，分别为进料管道、空气管道、清水管道和淡酸水管道。板框过滤机过滤操作主要步骤为：(1）首先关闭其他管路，由进料管道打入发酵液进行过滤，由空气管道通入蒸汽对发酵液进行加热，加热至70℃左右；(2)过滤完毕通入空气进行压滤；（3）通入淡色氨酸水进行冲滤；（4）再次通入空气进行压滤；（5）最后通入清水冲滤，滤下的淡酸水返回用于第三阶段的过滤。 b.离子交换

首先使色氨酸发酵液以一定流量流过离子交换树脂柱，流过的发酵液再返回树脂柱重吸附，使色氨酸吸附于离子交换树脂上。同时，色氨酸发酵液中的残留微生物极大部分在树脂柱中变性生成凝集物，物理性地保持在树脂上，同时一部分微生物从树脂柱的下部与废水一起流出。上述操作完毕后，从离子交换树脂柱底部以一定流量通水逆洗，使附着在树脂上的凝集微生物浮游从柱上部流出除去。 c.浓缩结晶

离子交换柱的洗脱液进入双效浓缩系统进行真空加热浓缩，使洗脱液浓度升高，然后打入结晶罐。结晶罐采用夹套式，在结晶罐中用草酸调节pH至色氨酸的等电点5.89 附近，然后在夹套中通入冷冻水，使色氨酸溶液温度降低而结晶。 d.离心干燥包装

结晶罐中的晶体及溶液一起送入三足离心机进行离心，离心后的晶体送入烘箱进行干燥，从而得到产品色氨酸。然后按照不同需求进行包装。由于提取方法是离子交换柱法，所得产品色氨酸含量可达到99%，完全能够达到要求，因此不再需要精制步骤。 7.5.4 提取车间布置图

本项目中，提取车间为重点车间，我们需要认真设计，在发酵产率相同的情况下尽量提供提取率，以提高色氨酸产率，降低生产成本，实现效益最大化。该厂的提取车间是借鉴已建成的兄弟工厂，其实际布置图见附录A。

第八章 设备选型

- 29 -

曾华辉：年产1000吨色氨酸发酵工厂设计

8.1 重点设备——发酵罐

色氨酸发酵为好氧发酵，则所用发酵罐为通气发酵罐，在前面我们已经初步对发酵罐进行了设计，我们选用的是120m3的六弯叶机械搅拌通气发酵罐。在设计各种规格的发酵设备时，做到设计结构严密，有足够的强度和使用寿命，力求设备内部附件少，表面光滑，注意到要有良好的气枣汽接触和气枣固混和性能，使物质传递，气体换有效地进行。有足够的热交换面积，以保证发酵能在最适宜的温度下进行。重视设备的密封性能以保证灭菌操作。此次发酵罐材质为碳钢。

搅拌器是发酵设备的主要装置，通过搅拌汽体，使新鲜培养基成份、空气、菌丝体充分混合达到传质量和传热效果。目前搅拌器的基本形式有三种：平叶（直叶）、弯叶、箭叶。选用弯叶涡轮搅拌器是因为弯叶蜗轮搅拌器对发酵汽有剪切作用，发酵汽有以向和轴向流动，已直叶蜗轮搅拌器相比，在相同直径、转速、叶宽等条件下，弯叶搅拌器所消耗的功率较小，但效果很好，目前在国内已被普遍采用。

罐内设置的挡板，用于提高搅拌效率，罐内有无挡板直接影响发酵汽翻动的状况，所以罐内按装挡板显得十分重要，根据有关资料对设置的挡板数量的增减及叶宽尺寸的变化测得的数据来看，罐内采用4块或6块挡板，板宽度在1/12-1/10块，对提高搅拌效率最为理想。

发酵气的冷却由立式排管来担负，在罐内排管的连接方面我们作了改进。这主要避免在罐体多开孔，开成死角。这种连续方式在实际使用中得到满意的效果。发酵罐设计图可见附录A。 8.2 主要设备

（1）调浆罐：耐温，圆柱锥底，径高比H=2D，罐规格：20m3；搅拌选用六弯叶涡轮搅

拌器。为保证正常生产，需要3个调浆罐。

（2）维持罐：尽量采用高而瘦的圆柱型，高径比为（5～8）：1，串联形式连接，3个。 （3）连消塔：连消塔的形式有喷孔型、螺旋形、气液混合型等一般，操作条件：培养基

在塔内停留时间，根据实际操作经验，一般取15~20s，而长度在1m至1.5m均可。结构：采用两段加热的混合式连消塔

（4）糖化罐：定100m3，材质：OCr18Ni11Ti或OCr17Ni12Mo2或碳钢衬玻璃钢均可； 搅

拌形式：六弯叶涡轮搅拌器。

（5）板框压滤机：发酵工厂大多采用明流式，因为能直接观察每组板框的工作情况及泄

露情况；滤板和滤框通常为正方形；板框数从10～60块不等；型号：BAY40-635/25明流式油压压紧板框压滤机；过滤面积为：40m2，框内尺寸为635mm×635mm，滤

- 30 -

安徽工程大学机电学院毕业设计（论文）

框厚度为25mm；滤框块=40/（0.635×0.635×2）=50块；滤板50-1=49块；板内总体积V=0.635×0.635×0.025×50=0.5m3。

（6）连续喷射液化器：选用中压喷射器，型号：SLJ91II型；处理量：15～50m3/h。(根

据物料衡算，每小时处理的粉浆量来选择流量大小)

（7）种子罐：12 m3，由于种子罐较小，而且对无菌要求较高，多用不锈钢如A3钢；利

用夹套蒸汽加热的方式。种子罐与发酵罐对应上料（要预留多1－2只，以防染菌时急用）。

（8）CIP清洗罐：每个车间设置一个CIP罐工车间容器清洗，不锈钢；20m3。 （9）选用制冷压缩机：色氨酸生产中以选用氨制冷式活塞压缩机为主，辅之选用溴化锂

吸收制冷机，选型：6AW10。

（10）离子交换柱：离子交换柱也称混床。所谓的离子交换柱，就是把一定比例的阳、阴离子交换树脂混合装填于同一交换装置中，对流体中的离子进行交换、脱除。近年来，随着反渗透、EDI等工艺的发展，离子交换水处理设备操作复杂，不容易实现自动化，浪费酸碱，运行成本高等缺点更加突出，目前更多的应用于反渗透设备的深度处理。小型的离子交换设备常采用有机玻璃交换柱，有利于观察树脂运行情况。如混合离子交换器再生分层是否充分，阳离子是否“中毒”等，树脂损耗情况等。大型的离子交换水处理设备则采用碳钢内衬环氧树脂或衬胶。

8.3 设备一览表

- 31 -

曾华辉：年产1000吨色氨酸发酵工厂设计

表8-3 主要生产设备一览图

序号 1 2 3 4 5 6

设备名称 通气发酵罐 调浆罐 维持罐 连消塔 糖化罐 板框压滤机

设备分类 生产设备 辅助生产设备 辅助生产设备 辅助生产设备 辅助生产设备 过滤设备

设备规格 120m3 20m3 高径比6:1

100m3 BAY40-635

/25

7 8 9 10

液化器 CIP清洗罐 离子交换柱 制冷压缩机

辅助生产设备 辅助生产设备 提取设备 辅助生产设备

SLJ91II型 20m3 6AW10

数量（个）

4 3 3 滤框：50 滤板：49

连续喷射 不锈钢

氨制冷式活塞压缩机为主

备注 六弯叶机械搅拌 六弯叶涡轮搅拌器

串联 两段加热的混合式 六弯叶涡轮搅拌器 油压压紧板框压滤机

第九章 工厂总平面设计

9.1地区概况

- 32 -